双基地雷达抗干扰模型的研究

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作者简介：高彬（1977-），男，山东济南人，博士生，主要从事为电子对抗效能评估与辅助决策研究。
高彬1，吕善伟，郭庆丰


摘要：从双基地雷达方程和实施压制性噪声干扰前后所带来的热噪声的变化出发，给出了双基地雷达探测区和干扰暴露区的计算模型，分析计算了在自卫式干扰和远距离支援干扰条件下的双基地雷达抗有源压制性干扰性能,并与单基地雷达情况进行了比较, 说明收发分置的双基地体制雷达具有较强的抗干扰能力。给出了仿真算例，结果验证了这种观点。
关键词：双基地雷达；压制性干扰；暴露区
中图分类号：TN974文献标识码：A文章编号：1009086X（2006）01006104

Research on antijamming model for bistatic radar
GAO Bin1，Lü Shanwei1，GUO Qingfeng2
(1.School of Electronics and Information Engineering, Beijing University of Aeronautics and Astronautics,
Beijing 100083, China; 2.The 2nd Research Institute of Air force, Beijing 100085, China)

Abstract:Combined with radar equation and heat noise transformation from blanket jamming for bistatic radar, the calculation models about detection zone and exposure zone for bistatic radar are presented, and the performance of the bistatic radar in resisting the active blanket jamming is investigated under selfscreening jamming and standoff jamming situations. Then comparing the situation of bistatic radar with that of the single static radar comes into conclusion that the transmit/receive separated bistatic radar has preferable antijamming ability.This viewpoint is validated by simulation result
Key words:Bistatic radar; Blanket jamming; Exposure zone

1引言
双基地雷达凭借其收、发设备分置的系统特性，在电子战中有较大的优势和潜力，其出色的抗干扰能力、抗摧毁能力、抗超低空突防能力和抗隐形能力使其得到了迅速发展［1］。本文从双基地雷达方程和干扰方程出发，主要分析了双基地雷达抗干扰模型的建立，探讨了双基地雷达探测区和干扰暴露区的计算及画法，并与单基地雷达探测区和干扰暴露区进行比较，说明了双基地雷达具有较强的抗干扰能力。这里只针对采用专用发射机的T-R型体制双基地雷达。
2双基地雷达探测性能分析
考虑图1所示的双基地雷达组成结构，其在一定虚警概率和检测概率下的作用距离，是其探测系统性能的重要指标，无干扰情况下的T-R型双基地图1T-R双基地雷达结构组成
Fig.1The structure of bistatic radar system
雷达接收目标回波信号功率［2］为PR＝PTGTGRλ2σB（β）〖〗（4π）3R2TR2RLs（1）或（RTRR）2max＝PTGTGRλ2σB（β）〖〗（4π）3PR minLs，（2）式中：PR min＝kTsBn（S/N）min；PT为发射机输出的功率；GT为发射机天线的增益；GR为接收机天线的增益；λ为雷达的工作波长；σB（β）为目标的双基地雷达截面积函数表达式；RT为发射机到目标之间的距离；RR为接收机到目标之间的距离；Ls为系统损耗；PR min为接收机的最小可检测信号功率；k为波尔兹曼常数，1.38×10-23 W·s/（°）；Ts为接收机的噪声温度；Bn为接收机检波前的噪声带宽；（S/N）min为正常检测时接收机输入端所需的最小信噪比。
现代防御技术·探测跟踪技术高彬，吕善伟，郭庆丰：双基地雷达抗干扰模型的研究现代防御技术2006年第34卷第1期假设目标双基地雷达截面积为常数，这样在自由空间中，当回波功率为最小可检测功率时，可以得到双基地雷达最大距离积kB，也就得到了双基地最大卡西尼卵形线表达式［3］：（RTRR）max＝kB （3）卡西尼卵形线定义为对边长度不变与相邻的两边乘积为常数的三角形顶点的轨迹。为了画出双基地雷达探测区，建立如图2所示的极坐标系。从而乘积表达式RTRR可用基线中心为原点的极坐标值来表示：（RTRR）2＝（r2＋L2/4）－r2L2cos2θ （4）综合式(3)和(4)，整理可得关于r的一元四次方程：
r4＋1〖〗2－cos2θL2r2＋L4〖〗16－k2B＝0 （5）

图2双基地雷达极坐标图
Fig.2The polar coordinates plot of bistatic radar

对于给定的双基地雷达，其最大距离积已知，据上式就可以得到双基地探测区边界。
对方程式(5)根的情况进行讨论，可以得出双基地雷达探测区的3种不同形状：
(1)当L＞2kB且－45°＜θ＜45°或135°＜θ＜225°时，双基地的探测区为分裂的卵形线，极点附近各一个，分别位于发射站和接收站附近(如图3所示)；
图3分裂的卵形线图
Fig.3Divided ovate plot
(2)当L＝2kB时，双基地探测区的边界经过极点，探测区为双纽线(如图4所示)；
(3)当L＜2kB时，对给定的θ值，只有一个对应的r值，此时双基地的探测区为近似椭圆的卵形线(如图5所示)。
3抗干扰模型解算
这里就双基地雷达对抗阻塞式噪声干扰的效果进行评估。根据干扰机和雷达的相对作战态势，有4种主要的空中位置关系（如图6~9）。雷达干扰暴露区从能量的角度直观地描述了雷达在有源干扰条件下探测目标的能力。下面从实施干扰前后双基地雷达接收机内部热噪声的变化出发，给出双基地主瓣干扰和副瓣干扰暴露区的计算模型。
图4双纽线图
Fig.4Double ties plot

图5近似椭圆卵形线
Fig.5Approximate ovate plot of ellipse


图6干扰机主瓣对单基地雷达主瓣干扰
Fig.6The jamming for jammer′s mainlobe pointing
to monobase radar′s mainlobe
图7干扰机主瓣对单基地雷达副瓣干扰
Fig.7The jamming for jammer′s mainlobe pointing
to monobase radar′s sidelobe


图8干扰机副瓣对双基地主瓣干扰
Fig.8The jamming for jammer′s sidelobe pointing
to bistatic radar′s mainlobe


图9干扰机副瓣对双基地副瓣干扰
Fig.9The jamming for jammer′s sidelobe pointing
to bistatic radar′s sidelobe

压制性噪声干扰的作用是以噪声功率阻塞雷达接收机使其失去工作能力，干扰机对雷达接收机形成的干扰功率密度J0为J0＝PjGjGRF2jλ2〖〗（4π）2BjR2jLjLs，式中：Fj为干扰机方向图传播因子；GR为雷达接收天线的功率增益；Lj为干扰机的系统损耗。Fj＝F′jfjRfRj，式中：fjR为以雷达接收站为基准的干扰机天线方向图因子；fRj为以干扰机为基准的雷达接收机天线方向图因子；F′j为考虑多路径、绕射和折射的传播因子。
一般情况下F′j取为1，关键问题集中在参数fjR和fRj的确定：主瓣干扰（干扰机主瓣对雷达天线主瓣）：fjR＝fRj＝1 ；副瓣干扰（干扰机主瓣对雷达天线副瓣）：fjR＝1，fRj＜1；双基地主瓣干扰（干扰机副瓣对双基地接收天线主瓣）：fRj＝1，fjR＜1 ；双基地副瓣干扰（干扰机副瓣对双基地接收天线副瓣）：fRj＜1，fjR＜1；当有多个干扰机同时对一部雷达实施干扰时，按照下式计算总的干扰功率谱密度：∑J0＝∑n〖〗i＝1（J0）i。
在噪声干扰作用下，雷达接收机的噪声温度为T′s＝Ts＋∑J0/k，式中：T′s为存在干扰下的噪声温度；Ts为没有干扰下的热噪声温度；k为波尔兹曼常数。用T′s代替雷达方程中的Ts，对单基地雷达有（RM）j＝RMkTs〖〗kTs＋∑J01/4;（6）对双基地雷达有(RTRR)j＝kBkTs〖〗kTs＋∑J01/2＝kBj,（7）式中：（RM）j为干扰下单基地雷达的最大作用距离；（RTRR）j为干扰下双基地雷达的作用距离积；RM为无干扰下单基地雷达的最大作用距离；kB为无干扰下双基地雷达的作用距离积。
4算例分析
取干扰机参数为干扰功率Pj＝600 W，Gj＝20 dB，Bj＝600 MHz，Lj＝3 dB；雷达的技术参数为λ＝01 m，GR＝30 dB，kTs＝6×10-21 W/Hz，RM＝100 km，kB＝10 000 km2，Rj＝90 km，双基地基线 L＝100 km。
（1） 单基地主瓣干扰暴露区的计算fjR＝fRj＝1，J0＝35×10-16  W/Hz，
（RM）j＝006 RM(2) 单基地副瓣干扰暴露区的计算fjR＝1，f 2Rj＝-36 dB；J0＝884×10-20 W/Hz，
（RM）j＝050 RM  (3) 双基地主瓣干扰暴露区的计算fRj＝1，f 2jR＝-22 dB；J0＝223×10-18 W/Hz，
（RTRR）j＝0061 3 kB，这时，根据前面画暴露区的判决条件，知道L＞2kBj时，双基地雷达的观察范围分裂为接收机和发射机附近的两个小卵形。基线的长短关系到双基地雷达的受干扰损失程度。
(4) 双基地副瓣干扰暴露区的计算f 2Rj＝-36 dB；f 2jR＝-22 dB；J0＝56×10-22 W/Hz，
（RTRR）j＝0968 kB，这时，双基地雷达的作用范围基本不变，也就是说干扰基本上不起作用，双基地雷达有强的抗干扰能力。
从算例中可以看出：在自卫式干扰时，单、双基地雷达暴露区都较小，这是因为干扰机和目标配置在一起，干扰功率始终从收站接收天线的主瓣进入接收机，导致雷达的检测信号能力下降，探测区变得较小，双基地雷达的受损失程度还与基线长短有关；在远距离支援干扰时，双基地雷达远距离支援干扰暴露区与探测区相差不多，这是因为干扰机始终用主瓣对准发站，干扰功率只能从收站接收天线旁瓣进入接收机，经过两次旁瓣压制，最后进入接收机的干扰功率很小，所以双基地雷达的探测性能受影响不大，干扰暴露区仍为近似椭圆，而单基地雷达的探测区域相比双基地减小很多。由此可以看出，双基地雷达的探测区具备特殊的战术用途，其干扰暴露区比单基地雷达大，因此双基地雷达具有很好的抗干扰能力。
5结束语
本文对双基地雷达抗压制性干扰与单基地雷达进行了比较计算,得出了在自卫干扰和远距离支援干扰下的暴露区算法，说明了双基地雷达抗干扰的优越性。有一点要指出：以上结论均是在假定目标雷达散射截面积为定值情况下得到的，实际中目标雷达散射截面积与双基地雷达夹角有关。虽然如
（下转第80页）2006年2月〖〗第34卷第1期现代防御技术〖〗MODERN DEFENCE TECHNOLOGYFeb. 2006〖〗Vol.34No.1